Aço em varão para betão armado. Caracterização do material e enquadramento atual

114 Pages·2015·3.67 MB·Portuguese

Mestrado em Engenharia Civil

Aço em varão para betão armado - Caracterização do
material e enquadramento atual

David Botelho Perdigão Bento

Dissertação para obtenção do grau de mestre em
Engenharia Civil

Orientadora: Doutora Maria Dulce e Silva Franco Henriques
Júri
Presidente: Engenheiro Manuel Brazão de Castro Farinha
Vogais: Doutora Maria Dulce e Silva Franco Henriques
Doutor Pedro Miguel Soares Raposeiro da Silva

Dezembro 2014
Aço em varão para betão armado. Caracterização do material e enquadramento atual.
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Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil
Aço em varão para betão armado. Caracterização do material e enquadramento atual.
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Resumo

Este trabalho pretende aprofundar o estudo das características do aço em varão para betão
armado, sendo feita uma caracterização exaustiva do material, onde se pretende estudar
quais os seus constituintes, as suas características físico-mecânicas e a história das
tecnologias de produção de aço até aos dias de hoje.

É também abordada a situação em Portugal, nomeadamente os métodos utilizados
atualmente na produção de aço e que tipo de aço é utilizado para a produção de varões para
betão armado.

É feito um breve apanhado histórico da legislação aplicada ao comportamento do aço para
betão armado e são listados todos os documentos legais aplicáveis a varões de aço,
procedendo-se depois a uma descrição mais elaborada dos mesmos.

É descrita a forma como os varões de aço são aplicados em obra, nomeadamente as regras
a respeitar no processo de receção em obra e a qualidade de execução dos trabalhos. São
também abordadas as principais questões relacionadas com a metodologia utilizada na
montagem de armaduras em estruturas de Betão Armado.

Palavras-chave: Varões de aço; betão armado; produção de aço.
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Aço em varão para betão armado. Caracterização do material e enquadramento atual.
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Abstract
This paper tries to achieve a better understanding of the characteristics of steel bars for
reinforced concrete, being made an exhaustive material characterization, where it intends to
study its constituents, its characteristics and the history of steel production technologies until
the present day.

It is also discussed the situation in Portugal, including the methods currently used in steel
production and what kind of steel is used to produce steel bars.

It is made a brief of an historical overview about applied legislation of reinforcing steel
behavior and is listed all the legal documents applicable to steel bars, proceeding after to a
more detailed description of them.

Is described how steel bars are applied in work, including the rules of receipt in the field and
the quality work execution. It is also discussed the main issues related with the methodology
used in the assembly of reinforced concrete structures armor.

Key words: Steel bars; reinforced concrete; steel production.

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Agradecimentos
Tratando-se a presente dissertação de mais uma etapa importante no meu percurso
académico e pessoal, quero aqui deixar o meu sincero obrigado a todos aqueles que direta
ou indiretamente contribuíram para a concretização deste objetivo.

Agradeço à Engenheira Dulce Franco Henriques por todo o auxílio prestado ao longo deste
trabalho e em especial pela paciência demonstrada para ler, reler e apresentar sugestões
para que este texto se tornasse algo coeso e com valor.

Aos meus amigos Rui Eugénio e Bruno Miguel, que ao longo deste percurso foram como
verdadeiros irmãos e aos meus tios Carlos Pereira e Mariana Calado pelo apoio prestado
durante o meu percurso académico.

A todos os colegas com quem partilhei o tempo durante os anos que frequentei o Mestrado
em Engenharia Civil nesta Instituição, assim como a todos os Professores que ao longo dos
anos contribuíram para a minha formação.

Aos meus pais, pois se hoje cheguei onde estou foi em grande parte graças a eles, e a
pessoa que sou também se deve aos seus ensinamentos e exemplos de vida.

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Aço em varão para betão armado. Caracterização do material e enquadramento atual.
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Índice Geral
Resumo.....................................................................................................................................2
Abstract.....................................................................................................................................3
Agradecimentos........................................................................................................................4
Índice Geral...............................................................................................................................5
1. Introdução e objetivos.......................................................................................................12
2. Propriedades gerais do aço..............................................................................................14
2.1 – Considerações gerais.............................................................................................14
2.2 – Microestruturas na aço...........................................................................................14
2.3 – Diagrama de fases Ferro – Carboneto de Ferro....................................................19
2.4 – Processo de desoxigenação..................................................................................20
2.5 – Principais tipos de aços utilizados em engenharia civil..........................................21
3. Levantamento dos processos industriais..........................................................................26
3.1 – História do Aço.......................................................................................................26
3.2 – Processos industriais desenvolvidos para a obtenção de aço...............................29
3.2.1 – Alto-forno....................................................................................................29
3.2.2 – Processo de Bessemer..............................................................................30
3.2.3 – Processo de Siemens-Martin.....................................................................31
3.2.4 – Forno de arco elétrico................................................................................32
3.2.5 – Processo de Linz-Donawitz........................................................................34
3.2.6 – Processos de Kaldo e Rotor.......................................................................35
3.3 – Tipo de tratamento dos aços em varão..................................................................35
3.3.1 – Tratamentos mecânicos (a frio) e termomecânicos...................................36
3.3.1.1 – Laminagem....................................................................................36
3.3.1.2 – Estiramento....................................................................................37
3.3.1.3 – Trefilagem......................................................................................37
3.3.2 – Tratamentos térmicos.................................................................................38
3.3.2.1 – Recozimento..................................................................................38
3.3.2.2 – Têmpera........................................................................................40
3.3.2.3 – Normalização................................................................................42
3.3.2.4 – Revenido.......................................................................................43
3.4 - Produção atual.......................................................................................................43
3.4.1 – Impacto ambiental......................................................................................44
3.4.2 – Produção de aço em Portugal....................................................................45
3.5 - Dados estatistícos acerca da indústria do aço.......................................................48
4. Normas e legislação aplicáveis a varões de aço..............................................................52
4.1 – Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado............................53
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4.2 – prEN 10080 – Steel for the reinforcement of concrete………………...………...….55
4.3 – NP EN 1992-1-1:2010 EC2 - Projeto de Estruturas de Betão................................56
4.4 – Dec. Lei 390/2007..................................................................................................59
4.5 – NP EN 13670:2011 – Execução de estruturas de betão.......................................60
4.5.1 – Materiais.....................................................................................................60
4.5.2 – Transporte e armazenamento....................................................................61
4.5.3 – Inspeção e ensaio de armaduras...............................................................62
4.5.3.1 – Classes de execução das construções.........................................62
4.5.3.2 – Receção das armaduras em obra.................................................63
4.5.3.3 – Inspeção das armaduras antes da betonagem.............................64
4.6 – Especificações LNEC.............................................................................................66
4.6.1 – Processo de fabrico....................................................................................66
4.6.2 – Características mecânicas e tecnológicas.................................................66
4.6.3 – Controlo da produção.................................................................................68
4.6.4 – Geometria das nervuras.............................................................................68
4.6.5 – Marcas de identificação..............................................................................73
4.7 – Documentos de classificação LNEC......................................................................74
4.8 – Análise comparativa da regulamentação...............................................................75
4.8.1 – Extensão na rotura.....................................................................................75
4.8.2 – Tensão de cedência...................................................................................76
5. Aplicação em obra do varão de aço.................................................................................78
5.1 – Metodologia de aplicação......................................................................................78
5.1.1 – Corte e dobragem......................................................................................78
5.1.1.1 – Equipamento.................................................................................78
5.1.1.2 – Metodologia de corte de aço em varão.........................................82
5.1.1.3 – Metodologia de dobragem de aço em varão.................................84
5.1.2 – Montagem e colocação de armadura.........................................................85
5.1.2.1 – Amarração de armaduras..............................................................85
5.1.2.2 – Montagem de armaduras em estaleiro..........................................88
5.1.2.3 – Montagem de armaduras no local de aplicação............................91
5.1.2.4 – Espaçadores..................................................................................95
5.1.2.4.1 – Espaçadores de betão..........................................................102
5.1.2.4.2 – Espaçadores de plástico.......................................................103
5.2 – Procedimentos de segurança na execução de armaduras..................................105
5.3 – Normas de conduta do armador de ferro.............................................................105
6. CODIMETAL Engineering S.A........................................................................................106
7. Conclusão.......................................................................................................................108
Referências Bibliográficas e Bibliografia...............................................................................110

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Índice de Figuras
Figura 1 – Austenite................................................................................................................15
Figura 2 – Ferrite.....................................................................................................................16
Figura 3 – Cementite...............................................................................................................16
Figura 4 – Perlite ....................................................................................................................17
Figura 5 – Martensite .............................................................................................................18
Figura 6 – Bainite ...................................................................................................................18
Figura 7 - Diagrama de fases Ferro – Carboneto de ferro......................................................19
Figura 8 – Esquema de funcionamento de um alto-forno utilizando coque............................27
Figura 9A) – Esquema simplificado do funcionamento de um forno de revérbero ............... 28
Figura 9B) – Disposição de um forno de revérbero ...............................................................28
Figura 10 – Operário a manobrar o agitador num forno de pudelagem..................................28
Figura 11 – Representação esquemática do alto-forno .........................................................29
Figura 12 – Representação do convertedor de Bessemer .....................................................31
Figura 13 – Forno de Siemens-Martin ....................................................................................32
Figura 14 – Representação esquemática do forno de arco elétrico .......................................33
Figura 15 – Representação esquemática do forno Linz-Donawitz .........................................34
Figura 16 – Representação esquemática da posição dos rolos.............................................36
Figura 17 – Exemplo do modo de arrefecimento de uma peça..............................................41
Figura 18 – Diagramas de arrefecimento para vários tipos de têmpera ................................42
Figura 19 – Energia consumida por processo .......................................................................44
Figura 20 – Impactes ambientais por processo .....................................................................45
Figura 21 – Corte de um varão com as zonas constituídas por diferentes
estruturas cristalina.................................................................................................................46
Figura 22 – Perfil de dureza para varão de 22mm de diâmetro .............................................47
Figura 23 – Evolução da produção de varões (em milhões de toneladas/ano)
utilizando o processo Tempcore ............................................................................................48
Figura 24 – Produção mundial de aço no 1º semestre de 2014 ............................................49
Figura 25 – Produção de aço em bruto em Portugal .............................................................50
Figura 26 – Figura 3.7 do EC2 – Diagramas de tensão-extensão típicos de
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varões de aço laminado a quente (a) e endurecido a frio (b)..................................................58
Figura 27 – Figura 3.8 do EC2 – Diagrama tensão-extensão de cálculo
para varões de aço..................................................................................................................59
Figura 28 – Exemplo de armazenamento do aço evitando o contacto com o solo ................61
Figura 29 – Diagrama tensão-extensão típico de varões de aço............................................67
Figura 30 – Corte transversal de um varão nervurado (E450)................................................69
Figura 31 – Corte transversal de um varão endentado (E456)...............................................69
Figura 32 – Inclinação e afastamento das nervuras Aço A400 NR (E449).............................70
Figura 33 – Inclinação e afastamento das nervuras Aço A500 NR (E450).............................70
Figura 34 – Inclinação e afastamento das nervuras Aço A400 NR SD (E455).......................71
Figura 35 – Inclinação e afastamento das nervuras Aço A500 NR SD (E460).......................71
Figura 36 – Inclinação e afastamento das nervuras Aço A500 ER (E456).............................71
Figura 37 – Exemplo de código de marcas de identificação...................................................74
Figura 38 – Diferença da definição de extensão de rotura entre
o EC2 e asEspecificações LNEC e o REBAP........................................................................76
Figura 39 – Elementos da máquina de corte e dobragem.....................................................78
Figura 40 – Painel de comandos e funções ..........................................................................79
Figura 41 – Prato de dobragem .............................................................................................79
Figura 42 – Pino limitador de movimento ..............................................................................80
Figura 43 – Mesa de moldagem ............................................................................................80
Figura 44 – Espera da mesa de moldagem ...........................................................................81
Figura 45 – Posição do veio e batente de espera .................................................................81
Figura 46 – Colocação dos espigões no prato de dobragem ................................................81
Figura 47– Adoção de casquilhos acessórios .......................................................................82
Figura 48 – Colocação do pino limitador ...............................................................................82
Figura 49 – Pontos de amarração executados em ZIG-ZAG ................................................87
Figura 50 – Espaçadores na armadura inferior (E469)..........................................................97
Figura 51 – Espaçadores da armadura horizontal no bordo acabando em ponta (E469)......98
Figura 52 – Espaçadores da armadura vertical no bordo (E469)...........................................98
Figura 53 – Espaçadores da armadura vertical no bordo com armadura
intermédia (E469)...................................................................................................................98
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Figura 54 – Espaçadores da viga em alçado (E469)..............................................................99
Figura 55 – Espaçadores em viga alta (E469)........................................................................99
Figura 56 – Espaçadores ao longo do pilar (E469)...............................................................100
Figura 57 – Espaçadores em secção menor (E469).............................................................100
Figura 58 – Espaçadores em secção maior (E469)..............................................................101
Figura 59 – Espaçadores em secção com cintas duplas (E469)..........................................101
Figura 60 – Espaçadores em secção circular (E469)...........................................................101
Figura 61 – Espaçadores de betão pré-fabricados ..............................................................102
Figura 62 – Dois exemplos de aplicação dos espaçadores de betão...................................103
Figura 63 – Espaçador circular ............................................................................................103
Figura 64 – Aplicação do espaçador num pilar ....................................................................103
Figura 65 – Tipos de espaçador pontual com fixação..........................................................104
Figura 66 – Espaçador pontual com fixação em laje............................................................104
Figura 67 – Espaçador para lajes e vigas ............................................................................104
Figura 68 – Tipo de espaçador linear...................................................................................104
Figura 69 – Espaçador linear aplicado em laje.....................................................................104

Índice de Tabelas

Tabela 1 – Especificações e propriedades típicas de aços comuns
em construção civil .................................................................................................................23
Tabela 2 – Aços inoxidáveis ...................................................................................................24
Tabela 3 – Os principais mercados de aço em 2013 .............................................................49
Tabela 4 – Quadro V do REBAP – Tiposcorrentes de armaduras ordinárias.........................54
Tabela 5 – Tabela 3 da EN 10080 – Requisitos para teste de propriedades mecânicas.......56
Tabela 6 – Quadro C.1 do EC2 – Propriedades das armaduras............................................58
Tabela 7 – Classes de execução............................................................................................62
Tabela 8 – Tipo de inspeção requerido por classe de execução............................................63
Tabela 9 – Exigências de cada especificação relativas aos ensaios de tração......................67
Tabela 10 – Quadro 4 das Especificações E449, E450, E455, e E460 –
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